Degradacja powłok TiN w warunkach kawitacji

• Autorzy: Krella A.

Warianty tytułu

EN

Degradation of TiN coatings under cavitation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Powłoki TiN są obecnie najszerzej stosowanymi powłokami w przemyśle. Znajdują one zastosowanie jako powłoki ochronne z powodu bardzo dobrej wytrzymałości oraz wysokiej twardości. Własności te są szczególnie ważne przy dynamicznych i udarowych obciążeniach, które często występują w maszynach przemysłowych. Badania odporności powłok TiN na hydroabrazję, kawitację, czy wytrzymałość zmęczeniową potwierdziły ich dobrą odporność na dynamiczne, udarowe obciążenia. Celem niniejszej pracy była analiza degradacji nanokrystalicznych powłok TiN osadzonych na stali austenitycznej X6CrNiTi18-10 metodą katodowego odparowania łukowego w warunkach niszczenia kawitacyjnego. W pracy na podstawie badań doświadczalnych przedstawiono koncepcję mechanizmu niszczenia kawitacyjnego twardych powłok TiN osadzonych na stali austenitycznej. Badania przeprowadzono na stanowisku ze szczelinowym wzbudnikiem kawitacji. Analizę degradacji powłok TiN przeprowadzono na podstawie obserwacji na skaningowym mikroskopie elektronowym. W początkowym etapie degradacji zaobserwowano pofalowanie powłoki TiN, które było efektem dopasowania się powłoki do odkształconego podłoża. Odkształcenie plastyczne powłoki TiN następowało poprzez poślizg po granicy ziaren/krystalitów. Pierwsze pęknięcia kohezyjne powłok zaobserwowano na szczytach pofalowań przy wgłębieniach po usuniętych mikrokroplach Ti(N), gdzie skokowo zmniejszała się grubość i wytrzymałość powłoki. Mikropęknięcia powiększały się, migrując poprzez następne miejsca nieciągłości powłoki, prowadząc do rozwoju mikropęknięć w adhezyjne, a następnie do wykruszeń powłoki. Następnym charakterystycznym miejscem powstawania pęknięć były "doliny" wzniesień, gdzie dochodziło do delaminacji powłoki. Pęknięcia na zboczu pofalowanej powłoki powstały prawdopodobnie w trakcie dopasowywania się twardej powłoki do miękkiego, odkształconego podłoża na skutek poślizgu wzdłuż granic ziaren.

EN

TiN coatings are today the most common coatings used in industry. They are employed as protective coatings due to their high endurance and hardness. These properties are especially important in dynamic and impact loading, that occurs very often in industrial machinery. Their cavitation and slurry resistance, impact wear and fatigue re- sistance have proved their high endurance to dynamic and impact loading. The purpose of this work is to analyse the degradation of TiN nanocrys- talline coatings deposited on austenitic stainless steel X10CrNiTi18-10 by cathodic arc evaporation under cavitation action. The present idea of degradation mechanism of the TiN coatings is based on experimental investigation. Investigations were performed in a cavitation tunnel with a system of barricades. Analyse of the TiN coatings degradation was per- formed using the scanning electron microscope (SEM). In initial stage of degradation the TiN coatings underwent undulation, which was the effect of the adjustment of the hard coatings to the deformed substrate. Deformation of the TiN coatings occurred as a result of grain boundary sliding process. The first cohesive failures were initiated on the top of the micro-folding at concave traces of post-Ti(N) micro-droplets, where the coating thickness and endurance lessened suddenly. Microcracks developed along the top by migrating through discontinuous spots (coating defects) leading to adhesive failure and to detachment of coating particles in a brittle manner. Next place of cracks initiation was the bottom of micro-folds, where likely the delamination occurred. The cohesive failure observed on the side of micro-folds arose likely as a result of grain boundary sliding due to adjustment of the hard coatings to the deformed soft substrate.

Słowa kluczowe

PL

powłoki TiN; kawitacja; analiza degradacji; powłoki nanokrystaliczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, nr 4
• Strony: 245--248
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Krella A.

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego, PAN, Gdańsk,

Bibliografia

• [1] Iwai Y., Honda T., Yamada H., Matsumura T., Larsson M., Hogmark S.: Evaluation of wear resistance of thin hard coatings by a new solid particle impact test. Wear (2001) 251.
• [2] Münsterer S., Kohlhof K.: Cavitation protection by low temperature TiCN coatings. Surface and Coatings technology (1995) 74-75.
• [3] Krella A., Czyżniewski A.: Influence of the substrate hardness on the cavitation erosion resistance of TiN coating. Wear (2007) 263.
• [4] Krella A., Czyżniewski A.: Investigation concerning the cavitation resistance of TiN coatings deposited on austenitic stainless steel at various temperatures. Wear (2008) 265.
• [5] Voevodin A. A., Bantle R., Matthews A.: Dynamic impact wear of TiCxNy and Ti-DLC composite coatings. Wear (1995) 185.
• [6] Ma L. W., Cairney J. M., Hoffman M., Munroe P. R.: Deformation mechanisms operating nanoindentation of TiN coatings on steel substrates. Surface & Coatings Technology (2005) 192.
• [7] Cairney J. M., Tsukano R., Hoffman M. J., Yang M.: Degradation of TiN coating under cyclic loading. Acta Materialia (2004) 52.
• [8] Puchi-Cabrera E. S., Matinez F., Herrera I., Berrios J. A., Dixit S., Bhat D.: On the fitugue behaviour of an AISI 316L stainess steel coated with a PVD TiN deposit. Surface & Coatings Technology (2004) 182.
• [9] Bourne N. K.: On the collapse of cavities. Shock Wavesn (2002) 11.
• [10] Soyama H., Kumano H., Saka M.: A New parameter to predict cavitation erosion. CAV 2001: session A3.002.
• [11] Krella A.: Influence of cavitation intensity on X6CrNiTi18-10 stainless steel performance in the incubation period. Wear (2005) 258.
• [12] Vyas B., Preece M.: Stress produced in a solid by cavitation. Journal of Applied Physics (1976) 12.
• [13] Czyżniewski A., Krella A.: Wytwarzanie i właściwości powłok Tin i CrN w zastosowaniu do ograniczenia zużycia elementów maszyn przez kawitację. Inżynieria Materiałowa 3 (2006) 151.
• [14] Czyżniewski A.: Opracowanie i analiza wyników badań struktury i właściwości powłok TiN wytworzonych na stali austenitycznej X6CrNi- Ti18-10 metodą katodowego odparowania łukowego (ARC), przy różnej temperaturze podłoża i różnym napięciu polaryzacji podłoża. Opr. IMP nr 6033/06
• [15] Leyland A., Matthews A.: On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimized tribological behaviour. Wear (2000) 246.